Novas ameaças tecnológicas e novos requisitos operacionais estão surgindo no ambiente naval, levantando a questão de como os projetos de navios e submarinos devem se desenvolver em resposta. Para arquitetos navais, isso apresenta novos desafios, mas também novas oportunidades.
Em dezembro de 2022, a primeira fragata Tipo 26 da Marinha Real do Reino Unido (RN), focada em guerra antissubmarina (ASW), o futuro HMS Glasgowentrou na água pela primeira vez. A RN frequentemente declarou que o Tipo 26, como uma plataforma ASW, foi projetado da quilha para cima usando tecnologia submarina para fornecer silenciamento acústico.
Em 1º de outubro de 2023, o governo do Reino Unido emitiu uma adjudicação de contrato para o projeto detalhado do novo submarino de ataque movido a energia nuclear (SSN) que fornecerá a capacidade submarina de próxima geração para a Marinha Real Australiana e a Marinha Real Australiana, sob a parceria estratégica Austrália/Reino Unido/EUA (AUKUS). SSN-AUKUS, como o projeto SSN é atualmente conhecido, será baseado em um projeto de submarino derivado do Reino Unido.
Esses dois exemplos, entre outros, destacam a importância fundamental do projeto de linha de base na geração de capacidade naval.
No ambiente naval contemporâneo, ameaças emergentes estão impulsionando novos requisitos operacionais. Novas tecnologias também estão surgindo, e estão impulsionando a ameaça e permitindo a resposta operacional.
Paralelamente, à medida que as ameaças se intensificam e as marinhas ocidentais respondem, novas plataformas navais estão chegando. Essas plataformas incluem não apenas novas classes de embarcações navais tradicionais, como porta-aviões, contratorpedeiros, fragatas, navios de patrulha, auxiliares ou submarinos, mas também novos tipos de embarcações, como sistemas não tripulados.
À medida que essas novas ameaças, requisitos e embarcações surgem, a tecnologia também apresenta uma oportunidade de avaliar como essas plataformas tripuladas e não tripuladas são desenvolvidas, projetadas e construídas.
Nas discussões relacionadas ao desenvolvimento de ameaças, requisitos e capacidades navais, há a questão de como a mudança tecnológica no mundo naval está remodelando a habilidade básica e essencial do projeto de navios e submarinos – em outras palavras, a arquitetura naval.
De acordo com o muito referenciado livro de arquitetura naval ‘Basic Ship Theory’, “A arquitetura naval se preocupa com a segurança, o desempenho e a geometria do navio, embora essas não sejam divisões exclusivas”.
“O uso do termo ‘arquitetura’ não é coincidência; como um arquiteto, o arquiteto naval é a pessoa que reúne os fios de engenharia no mundo marinho – parte engenheiro, parte integrador, parte gerente e parte artista, reunindo esses fios para considerar um navio como um sistema completo”, disse Andy Kimber, arquiteto naval chefe da BMT, uma empresa de design de engenharia e consultoria sediada no Reino Unido que fornece capacidade de arquitetura naval. Revisão Militar Asiática (AMR) em uma entrevista na exposição Defence and Security Equipment International (DSEI) em Londres em setembro.
Os serviços da BMT incluem expertise em conceito, design, engenharia, operação e tecnologia para a Marinha Real e outras marinhas. No que diz respeito a navios de superfície e submarinos, o surgimento de novas tecnologias e novas ameaças está tendo algum impacto no processo e nos resultados da arquitetura naval, incluindo o estímulo a novas plataformas, designs e capacidades.
Mudança mas sem mudança
No entanto, há alguns elementos do processo de arquitetura naval que permanecem os mesmos, independentemente da ameaça.
“Se você começar com a arquitetura naval como uma disciplina de engenharia, somos, em última análise, governados pela física e pela realidade da engenharia”, disse Kimber. “A arquitetura naval – a teoria dela – não muda, porque ela é o que é. Seja abaixo da superfície do mar ou na superfície do mar, a física está lá e nossa compreensão dessa física é razoavelmente constante.”
“Em um nível em que engenheiros estão interessados, nossa compreensão da física é muito madura”, Kimber continuou. “Então, nesse sentido, a estabilidade não está mudando, as leis de resistência não mudam, porque as leis da física não estão mudando.”
“O que está mudando são as ferramentas disponíveis para modelar e entender a plataforma antes que ela seja construída”, explicou Kimber.
Aqui, ele destacou como a nova tecnologia, especialmente a tecnologia baseada em informação, está mudando a forma como os arquitetos navais obtêm o melhor de ferramentas tradicionais, como simulação e modelagem de computador. “A digitalização da nossa indústria e as ferramentas que estão se tornando disponíveis estão nos permitindo analisar a mesma coisa de uma maneira diferente”, disse Kimber. A capacidade de usar a tecnologia digital e os maiores níveis de informação disponíveis fornecem o que ele chamou de “novo conjunto de ferramentas”. Este novo conjunto de ferramentas não significa que o design arquitetônico, a modelagem e os testes sejam feitos de forma mais rápida e fácil; em vez disso, podem ser feitos de forma mais ampla e exaustiva, ele explicou. “Agora queremos explorar mais, então, em vez de fazer cinco opções, queremos fazer 100… Estamos vendo nossa capacidade de modelar e integrar coisas em mais complexidade crescer.”
“Agora queremos explorar mais, então, em vez de fazer cinco opções, queremos fazer 100…”
A capacidade de experimentar coisas mais extensivamente oferece benefícios claros em certas áreas do processo de arquitetura naval, disse Jake Rigby, chefe de inovação e pesquisa da BMT. RAM durante a entrevista do DSEI. “Especialmente no estágio de conceito, porque o estágio de conceito não é necessariamente sobre… seguir um processo linear para chegar ao resultado final; é explorar os requisitos, explorar quais soluções podem ser viáveis”, disse Rigby. “Em vez de apenas olhar para um pequeno número de iterações de casco, agora você pode explorar uma enorme variação.”
Supervisão de arquitetura
No DSEI, a Team Resolute, uma colaboração sediada no Reino Unido entre a Navantia UK, a Harland & Wolff e a BMT, revelou seu mais recente e evoluído projeto para o programa de navios Fleet Solid Support (FSS) da RN, que fornecerá três novas plataformas UK Royal Fleet Auxiliary (RFA) para dar suporte ao grupo de ataque de porta-aviões (CSG) da RN e outros requisitos operacionais. Falando no DSEI, o engenheiro-chefe do FSS da BMT, Simon Jones, explicou que, embora a Navantia lidere o projeto detalhado do FSS, o papel da BMT é garantir a continuação da intenção do projeto. Em outras palavras, a BMT fornecerá uma forma de supervisão arquitetônica naval, para garantir que o projeto detalhado esteja de acordo com o projeto conceitual original.
Isso ressalta como o papel do arquiteto naval abrange todo o processo de desenvolvimento e entrega de capacidades, nas fases de pré-conceito, conceito, projeto, fabricação e em serviço.
“Na fase de conceito, o arquiteto naval provavelmente tem um papel maior, porque tentar incorporar muitas coisas diferentes naquele nível mais alto é o cerne do que é um trabalho de arquitetura naval”, disse Rigby. “[However]à medida que você chega ao projeto detalhado e à construção, você precisa de consistência [in] integração e união.”
“Nos estágios iniciais … você está olhando para o navio inteiro, está olhando para o tamanho, está olhando para coisas grandes. No final do processo, seu casco está fixo etc., mas você ainda está olhando para a estabilidade porque o peso ainda está mudando, você ainda tem que olhar para os detalhes da estrutura”, explicou Kimber. “O papel muda … [but] está sempre lá.”
“A arquitetura naval é a cola que mantém todas as diferentes peças juntas”, acrescentou Rigby.
Modelando a ameaça
As melhorias na modelagem possibilitadas pela digitalização significam que os arquitetos navais podem entender melhor o risco representado pelas tecnologias de ameaça e se mudanças na ameaça exigem mudanças no design.
“Nossa capacidade de modelar essas ameaças e o que elas fazem aos navios é muito maior agora. Os sistemas que temos para simular como um navio reage a danos de uma ameaça são muito mais sofisticados”, disse Kimber. “Dito isso, acho que a lição histórica é ‘não projete para a coisa hoje’, porque amanhã será diferente.
“A ameaça está sempre evoluindo”, ele continuou. “Nós sempre voltamos ao básico do que é a ameaça: a ameaça é explosiva, é explosão, é fragmentação, é fogo, é um buraco no navio.
“O ângulo da ameaça provavelmente tem um impacto maior no sistema de missão [designs]em termos de proteção, detecção e defesa dessa ameaça, do que necessariamente para mim como arquiteto naval”, explicou Kimber. “Eu vejo a ameaça como ‘se atingir meu navio, vai fazer um buraco, vai criar um incêndio, vai fazer uma de várias coisas que são bem compreendidas.”
Onde o design da nave se relaciona com a ameaça é reduzindo o risco de detecção em primeiro lugar, Kimber continuou. “É aí que a tecnologia muda as coisas, em termos de combinar suas assinaturas com as percepções atuais da ameaça e como você defende a nave.”
“Então, eu não acho [the threat] muda o que estamos fazendo como arquitetos navais, mas o ambiente em que estamos e algumas das soluções mudam, e estamos montando um equilíbrio ligeiramente diferente”, disse Kimber. Aqui, Rigby explicou, o equilíbrio se relaciona a três aspectos da capacidade de sobrevivência: suscetibilidade à detecção; vulnerabilidade relacionada à capacidade de sobreviver a qualquer dano e operar; e recuperabilidade, em termos de reparar danos ao navio. “É o equilíbrio entre essas três características que muda ao longo do tempo”, continuou Rigby. Por exemplo, os arquitetos navais podem ter se concentrado historicamente na questão da vulnerabilidade ao projetar navios com blindagem pesada; em tempos mais modernos, a ênfase mudou para embarcações mais leves e furtivas em conjunto com a ênfase na recuperabilidade. “Esse equilíbrio continua mudando”, acrescentou Rigby.
Projetando com flexibilidade
Os requisitos de capacidade contemporâneos para navios de guerra e submarinos estão cada vez mais focados na flexibilidade, projetando na capacidade de ajustar as capacidades a bordo conforme e quando os requisitos mudam. O design do Team Resolute FSS, que visa dar à RN flexibilidade para cobrir as necessidades em evolução de seu CSG e outras capacidades operacionais para além de 2050, é projetado para ser adaptável.
De uma perspectiva arquitetônica naval, isso levanta a questão de qual a melhor forma de projetar com tanta flexibilidade e adaptabilidade para garantir que as capacidades possam ser ajustadas conforme e quando os requisitos mudarem.
Navios como o FSS, ou mesmo os dois porta-aviões da classe Queen Elizabeth da RN, têm capacidade significativa a bordo, por meio do uso de grandes espaços, para permitir flexibilidade na capacidade. De uma perspectiva de design, o desafio não é fornecer esses espaços em si, no entanto. Em vez disso, Kimber destacou duas questões. Primeiro, é como projetar melhor a estrutura do navio em torno desse espaço. “Você tem que colocar as coisas dentro e fora do navio, o que invariavelmente significa passar pela estrutura.” Consequentemente, o design e o posicionamento dos sistemas de manuseio de equipamentos, em vez dos espaços em si, podem criar complexidade de design. Segundo, é a questão de quão regular e rapidamente a marinha em questão pode desejar mover equipamentos para dentro e para fora desses espaços. “O verdadeiro desafio com a flexibilidade é obter o entendimento de um cliente sobre o que eles realmente querem dizer”, disse Kimber. “Eles querem dizer ‘Eu quero ir ao lado e trocar um contêiner, e quero fazer isso em duas horas’, eles querem dizer ‘Eu quero trocar meu navio ao longo de uma semana’ ou eles querem dizer ‘em algum momento no futuro, posso querer instalar um sistema futuro’?” “As soluções para esses problemas são todas um pouco diferentes”, acrescentou.
“Há uma diferença entre modularidade e adaptabilidade”, Rigby continuou. “Modularidade é onde você pode imediatamente mudar [equipment] dentro de um dia… Adaptabilidade é onde você pode mudar isso junto com algum trabalho.”
“As pessoas dizem que navios flexíveis são mais simples, mas, do ponto de vista de um arquiteto naval, eles são um pouco mais difíceis porque há mais partes móveis para pensar, e algumas dessas partes móveis geralmente não são muito bem definidas”, acrescentou Kimber.
Projetando o humano?
Uma nova área de capacidade que está sujeita a muito foco na arquitetura naval é o conceito, design e desenvolvimento de sistemas marítimos não tripulados (MUS). MUS como uma capacidade emergente apresenta oportunidades e desafios de uma perspectiva de design, incluindo a ausência de h operadores humanos a bordo.
A BMT desenvolveu seu projeto conceitual Large Unmanned Surface Vessel (LUSV), que lançou na DSEI. “Esse é um desafio bem interessante para nós, porque estávamos passando por ele pensando ‘se você não tem humanos a bordo, de quais espaços você precisa e de quais espaços você não precisa?’ disse Rigby. Isso pode ter efeitos fundamentais de uma perspectiva arquitetônica naval, ele explicou. Não ter humanos a bordo significa que não há necessidade de dar a eles espaço e capacidade para trabalhar e viver.
Em relação às oportunidades, Rigby explicou que futuros tipos de combustível poderiam ser incorporados se os requisitos de espaço e peso fossem diferentes. A plataforma também pode ser projetada com anteparas mais próximas, o que melhora a capacidade de sobrevivência. Diferentes opções podem ser consideradas para o número e arranjo dos decks.
“As pessoas são responsáveis por muito volume em um navio. Muito do espaço vazio é para as pessoas – não apenas para dormir, comer e se divertir, mas nas salas de máquinas, por exemplo, é para as pessoas se movimentarem e acessarem as coisas. Podemos remover isso”, disse Kimber. “É muito volume, embora, curiosamente, não seja muito peso.”
“Então, você acaba com um equilíbrio diferente, e é isso que estamos explorando com o LUSV”, Kimber continuou. “Ele muda o equilíbrio tradicional entre como você monta um navio, porque muito do volume você não precisa necessariamente, então para que você o usa?”
Responder a essa pergunta pode apresentar desafios de design, explicou Kimber, “O LUSV conceitualizado tem dimensões orientadas por considerações de navegabilidade, e a remoção do volume associado a pessoas – principalmente espaço vazio – apresenta uma oportunidade de aumentar o volume disponível para, digamos, sistemas de propulsão.” No entanto, ele acrescentou, “Eles são muito mais pesados, então o deslocamento se torna uma restrição limitante para quanto volume pode ser reaproveitado.”
Inteligência arquitetônica
Um segundo novo desenvolvimento tecnológico que está impactando os processos de arquitetura naval é a inteligência artificial (IA) – especialmente, atualmente, o aprendizado de máquina.
Em relação ao impacto atual, o ponto importante não é se a IA poderia suplantar arquitetos navais humanos, por exemplo, gerando projetos de navios mais prontamente; ela ainda não pode fazer isso. Em vez disso, o impacto é encontrado mais uma vez em ajudar o arquiteto naval a lidar com processos demorados.
“IA é um termo muito amplo. Acho que estamos falando aqui de aprendizado de máquina como um subconjunto específico”, disse Kimber. “Podemos pegar os processos que são repetitivos, onde podemos ganhar vantagem ao olhar para muitas evoluções e iterações, e podemos ensinar à máquina o que é bom e o que é ruim.” “É muito no final do aprendizado de máquina da IA, basicamente gastar menos tempo processando muitas opções em uma área específica do design”, ele acrescentou.
Aqui, a IA – e particularmente o aprendizado de máquina – “é inteligente no sentido de repetibilidade e de ser capaz de usar conjuntos de regras… Você ainda precisa da inteligência humana para guiar a inteligência artificial a olhar para a coisa certa”, disse Kimber. “Eu posso usar a IA para olhar para as 1.000 opções que eu não posso olhar – mas eu ainda preciso dar a ela os parâmetros em torno das 1.000 opções para olhar.”
A BMT já está analisando em detalhes o impacto da IA na arquitetura naval, explicou Rigby. “Temos um projeto de pesquisa continuando no ano que vem, analisando a IA no design de navios”, disse ele. Ele se concentrará particularmente em entender o que significa IA. “A maneira como estamos decompondo isso é que não esperamos ter um grande modelo de linguagem ou similar no futuro próximo, onde podemos simplesmente digitar ‘construa para nós um novo navio-tanque de apoio à frota’, e ele criará o design completo. Isso não vai acontecer.”
“O que podemos fazer é dividir o processo de design e olhar para tarefas individuais”, ele continuou. “Existem algumas tarefas que levam consideravelmente mais tempo, com talvez processos repetitivos, que poderíamos automatizar ou trazer alguns aspectos da IA – dependendo do tipo, seja aprendizado por reforço ou não – e resolver esse problema, dando ao arquiteto naval ou ao designer mais tempo para se concentrar em tomar melhores decisões de design.”
Aqui, Rigby destacou o exemplo da avaliação do casco. “Estamos desenvolvendo ativamente avaliações automatizadas do casco”, disse ele. “Normalmente, fazemos análises paramétricas para observar os diferentes cascos, avaliá-los e entender esse espaço de solução. Com o aprendizado de máquina, o que fazemos é definir os parâmetros da solução e usar o aprendizado de máquina para explorar todo esse espaço de solução.” Esse processo gera opções para o arquiteto naval avaliar. “Podemos então dizer ‘Essa é uma área realmente interessante: podemos explorar isso mais tarde’”, explicou ele.
“A chave é que esta não é uma abordagem diferente. É assim que sempre projetamos as formas do casco”, Kimber acrescentou. “A diferença é a escalabilidade. Com o aprendizado de máquina, podemos configurar a máquina para avaliar milhares e milhares de opções, o que nunca seríamos capazes de fazer manualmente… É apenas a capacidade de processar mais informações.”
“Ainda estou interessado em entender se a máquina venceria um arquiteto naval muito experiente e qualificado.” Kimber continuou. “Acho que ainda há… o papel do arquiteto naval realmente experiente: o que a IA está fazendo é substituir as pessoas em todos os cálculos de manivela de giro.”
“O desafio é que, na arquitetura naval, nunca há uma solução otimizada. Você nunca pode dizer ‘oh, eu tenho um casco totalmente otimizado’, porque é um equilíbrio, é um compromisso”, acrescentou Rigby. “O humano no circuito está fornecendo essa avaliação de qual é o melhor compromisso, e isso não é algo – mesmo com aprendizado de máquina e outras ferramentas – que você pode [otherwise] realmente fazer.”
por Dr. Lee Willett
Saiba Mais! 
